第11期 谢振华等：露天矿山运输路面复合抑尘剂的研究 ·1241· 是，复合抑尘剂在国内外研究还不多.国外主要有 25.74%,水土酸碱度为7.54，呈弱碱性.根据粉尘 俄罗斯的由阴离子表面活性剂、水玻璃、甲基苯乙烯 的不同分类方法对矿区的粉尘进行评价，路面粉尘 乳状液和水组成的复合抑尘剂，澳大利亚的聚丙烯 一般为无毒类粉尘，但长期吸入会导致各种尘肺病 酸盐、羧甲基纤维素、聚乙酸酯乙烯组成的抑尘剂 等风.国内有YCH抑尘剂，十二烷基苯磺酸钠、硅 2复合抑尘剂的研制 酸钠和羧甲基淀粉钠组成的保湿抑尘剂等回，本文 2.1实验原理 针对首云矿业公司露天矿山运输路面的产尘条件， 根据理论分析和实验结果分析，研制出两种抑 研制出经济、高效且环境友好的复合抑尘剂 尘效果较好的复合抑尘剂.所研制的复合抑尘剂具 有吸湿、凝并、黏结和保水四种功效，分别称为1号 矿山运输路面的产尘情况 抑尘剂和2号抑尘剂.1号抑尘剂的成分（质量分 首云矿业公司目前为露天开采，采用汽车、平硐 数)为：黏结凝并剂淀粉(1.0%)，吸湿剂十二烷基 溜井开拓.运输路面主要为土石路面，载重汽车经 苯磺酸钠(1.0%)，保水剂丙三醇(0.6%).2号抑 过时产尘量大.尽管矿区每天均有洒水车定时洒 尘剂的成分为：淀粉(0.2%)，聚丙烯酸钠溶胶 水，并有清洁工人负责清扫，但路边粉尘的沉积量仍 (0.2%),丙三醇(0.4%).在实验室对这两种复合 大约3cm厚，粉尘污染严重，严重威胁着工人的身 抑尘剂的七项指标进行检测，以综合评价其抑尘性 体健康，并且影响矿区环境. 能，这七项指标分别为常温抗蒸发性、pH值、高温抗 对矿区运输路面的粉尘进行采样分析得知，尘 蒸发性、吸湿性、抗研磨性、渗透时间和渗透深度. 样中降尘（粒径为10~100μm)的比例大约占 2.2抑尘剂抑尘性能分析 71.6%,飘尘（粒径小于10m)的比例很小，占 两种复合抑尘剂的七项指标的检测结果如表1 8.6%.粉尘的天然含水率为0.22%，饱和吸水率为 所示 表1两种抑尘剂各指标的检测结果 Table 1 Measured results of every index for two dust suppressants 抑尘剂 pH值 常温抗蒸发性/% 高温抗蒸发时间/min 吸湿性/g 抗研磨性/% 渗透时间/s渗透深度/cm 1号抑尘剂 8.48 14.90 632.41 0.19 78.75 49.92 4.2 2号抑尘剂 8.31 17.88 775.86 0.28 75.28 35.06 4.0 从表1中可以看出，两种抑尘剂的pH值均略 30 大于7，呈弱碱性，符合要求.在其余六项指标的对 比中，2号抑尘剂的总体效果优于1号抑尘剂.其 ·1号抑尘剂 20 ·2号抑尘剂 中，吸湿性的对比效果较为明显，2号抑尘剂的吸湿 15 量为1号抑尘剂的1.47倍.为了综合比较两种抑尘剂 的经济、技术性能，对两种抑尘剂进行现场实验 对两种抑尘剂在高温(40℃)下的失水规律进 0 行研究，结果如图1所示. 2004006008001000 从图1可以看出：在开始的240min内，尘样的 蒸发时间/min 含水率下降迅速，斜率较大，为加速失水期.在蒸发 图1尘样含水率与时间的关系 Fig.I Relations between time and moisture content of dust samples 240min之后，含水率的下降速度放缓，为缓慢失水 期.总体而言，尘样含水率的下降速度由大到小为1 3.1数值模拟方法 号抑尘剂>2号抑尘剂. 3.1.1计算模型 采用FLUENT6.3作为计算平台，数学模型为气 3运输路面粉尘运移规律的数值模拟 粒两相流，其中气体为连续相，颗粒是离散相.对气 为了确定载重汽车驶过路面时产尘浓度最大的 相流动控制采用非耦合隐性求解，流体为非定常流， 区域，以便进行粉尘质量浓度的实时监测与抑尘剂 湍流方程为工程上应用较广的k一ε方程，使用 的喷洒，采用FLUENT软件对汽车经过运输路面时 SMPLE算法求解气体流场.由于所求解为运动 的粉尘运移规律进行数值模拟. 边界问题，所以采用动网格对区域进行模拟.离散第 11 期 谢振华等: 露天矿山运输路面复合抑尘剂的研究 是，复合抑尘剂在国内外研究还不多． 国外主要有 俄罗斯的由阴离子表面活性剂、水玻璃、甲基苯乙烯 乳状液和水组成的复合抑尘剂，澳大利亚的聚丙烯 酸盐、羧甲基纤维素、聚乙酸酯乙烯组成的抑尘剂 等［8］． 国内有 YCH 抑尘剂，十二烷基苯磺酸钠、硅 酸钠和羧甲基淀粉钠组成的保湿抑尘剂等［9］． 本文 针对首云矿业公司露天矿山运输路面的产尘条件， 研制出经济、高效且环境友好的复合抑尘剂． 1 矿山运输路面的产尘情况 首云矿业公司目前为露天开采，采用汽车、平硐 溜井开拓． 运输路面主要为土石路面，载重汽车经 过时产尘量大． 尽管矿区每天均有洒水车定时洒 水，并有清洁工人负责清扫，但路边粉尘的沉积量仍 大约 3 cm 厚，粉尘污染严重，严重威胁着工人的身 体健康，并且影响矿区环境． 对矿区运输路面的粉尘进行采样分析得知，尘 样中 降 尘 ( 粒 径 为 10 ～ 100 μm) 的 比 例 大 约 占 71. 6% ，飘 尘 ( 粒 径 小 于 10 μm) 的 比 例 很 小，占 8. 6% ． 粉尘的天然含水率为 0. 22% ，饱和吸水率为 25. 74% ，水土酸碱度为 7. 54，呈弱碱性． 根据粉尘 的不同分类方法对矿区的粉尘进行评价，路面粉尘 一般为无毒类粉尘，但长期吸入会导致各种尘肺病． 2 复合抑尘剂的研制 2. 1 实验原理 根据理论分析和实验结果分析，研制出两种抑 尘效果较好的复合抑尘剂． 所研制的复合抑尘剂具 有吸湿、凝并、黏结和保水四种功效，分别称为 1 号 抑尘剂和 2 号抑尘剂． 1 号抑尘剂的成分( 质量分 数) 为: 黏结凝并剂淀粉( 1. 0% ) ，吸湿剂十二烷基 苯磺酸钠( 1. 0% ) ，保水剂丙三醇( 0. 6% ) ． 2 号抑 尘剂的 成 分 为: 淀 粉 ( 0. 2% ) ，聚丙烯酸钠溶胶 ( 0. 2% ) ，丙三醇( 0. 4% ) ． 在实验室对这两种复合 抑尘剂的七项指标进行检测，以综合评价其抑尘性 能，这七项指标分别为常温抗蒸发性、pH 值、高温抗 蒸发性、吸湿性、抗研磨性、渗透时间和渗透深度． 2. 2 抑尘剂抑尘性能分析 两种复合抑尘剂的七项指标的检测结果如表 1 所示． 表 1 两种抑尘剂各指标的检测结果 Table 1 Measured results of every index for two dust suppressants 抑尘剂 pH 值 常温抗蒸发性/% 高温抗蒸发时间/min 吸湿性/g 抗研磨性/% 渗透时间/s 渗透深度/cm 1 号抑尘剂 8. 48 14. 90 632. 41 0. 19 78. 75 49. 92 4. 2 2 号抑尘剂 8. 31 17. 88 775. 86 0. 28 75. 28 35. 06 4. 0 从表 1 中可以看出，两种抑尘剂的 pH 值均略 大于 7，呈弱碱性，符合要求． 在其余六项指标的对 比中，2 号抑尘剂的总体效果优于 1 号抑尘剂． 其 中，吸湿性的对比效果较为明显，2 号抑尘剂的吸湿 量为1 号抑尘剂的1. 47 倍． 为了综合比较两种抑尘剂 的经济、技术性能，对两种抑尘剂进行现场实验． 对两种抑尘剂在高温( 40 ℃ ) 下的失水规律进 行研究，结果如图 1 所示． 从图 1 可以看出: 在开始的 240 min 内，尘样的 含水率下降迅速，斜率较大，为加速失水期． 在蒸发 240 min 之后，含水率的下降速度放缓，为缓慢失水 期． 总体而言，尘样含水率的下降速度由大到小为 1 号抑尘剂 ＞ 2 号抑尘剂． 3 运输路面粉尘运移规律的数值模拟 为了确定载重汽车驶过路面时产尘浓度最大的 区域，以便进行粉尘质量浓度的实时监测与抑尘剂 的喷洒，采用 FLUENT 软件对汽车经过运输路面时 的粉尘运移规律进行数值模拟． 图 1 尘样含水率与时间的关系 Fig． 1 Relations between time and moisture content of dust samples 3. 1 数值模拟方法 3. 1. 1 计算模型 采用 FLUENT6. 3 作为计算平台，数学模型为气 粒两相流，其中气体为连续相，颗粒是离散相． 对气 相流动控制采用非耦合隐性求解，流体为非定常流， 湍流方程为工程上应用较广的 k--ε 方 程，使 用 SMPLE 算法求解气体流场［10］． 由于所求解为运动 边界问题，所以采用动网格对区域进行模拟． 离散 ·1241·